KR100442690B1 - 파형강판을 이용한 터널건설공법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 터널의 입출구나 계곡부 등의 토피가 얕은 지역에 구축되는 터널건설공법에 관한 것으로, 특히 터널건설 지점을 대규모로 굴착한 후 라이닝콘크리트를 구축하기 위한 거푸집과 거푸집을 지지시켜 주는 지지대를 설치하고 있는 종래의 공법에서 나타나는 제 문제점을 해결하기 위해, 터널 건설지점 양측에 토류벽을 설치하고 전체 단면 또는 상부 반단면을 소규모로 개착한 후, 파형강판을 터널형상으로 조립 설치한 다음, 파형강판 조립체의 외부에 라이닝 콘크리트를 타설하거나, 내부에 숏크리트를 쏘아 붙여 굴진된 암반터널과 같은 조건을 만들어 한번 제작된 강재터널폼으로 일관성 있게 연속된 터널을 건설할 수 있게 하여 줌으로써, 라이닝 콘크리트를 타설하기 위한 별도의 터널 폼 제작 및 설치 작업이 불필요하게 되므로 공사기간을 단축하고 공사비용을 절감할 수 있으며, 소규모의 굴토공사 만으로도 작업공간이 충분히 확보되므로 자연환경의 훼손 및 파괴를 최소화시킬 수 있고 빠른 기간 안에 자연상태로 복원될 수 있도록 한 파형강판을 이용한 터널건설공법을 제공한다.

Description

파형강판을 이용한 터널건설공법{Tunnel Construction Method for using Wave Profile Type Steel Plate}

본 발명은 터널의 입출구나 계곡부 등의 토피가 얕은 지역에 구축되는 터널건설공법에 관한 것으로, 특히 터널건설지점 양측에 토류벽을 설치하고 소규모로 개착한 후 파형강판을 터널형상으로 조립 설치한 다음, 파형강판 조립체의 외부에 라이닝 콘크리트를 타설하거나, 또는 내부에 숏크리트를 쏘아 붙여 굴진된 암반터널과 같은 조건을 만들어 한번 제작된 강재터널폼으로 일관성 있게 연속된 터널을 건설할 수 있도록 함으로써, 라이닝 콘크리트를 타설하기 위해 별도의 터널 폼 제작 및 설치 작업이 불필요하게 되므로 공사기간을 단축하고 공사비용을 절감할 수 있으며, 소규모의 굴토공사 만으로도 작업공간이 충분히 확보되므로 자연환경의 훼손 및 파괴를 최소화시킬 수 있고 빠른 기간 안에 자연상태로 복원될 수 있도록 한 파형강판을 이용한 터널건설공법에 관한 것이다.

통상 터널을 굴착하기 위해서는 터널상부의 토피층이 어느 정도 두께이상 되어야 아치 작용에 의해 붕괴되지 않고 터널을 건설할 수 있다.

그러나, 도1에서 도시된 바와 같이, 지형 조건상 터널의 입출구(A)나 계곡부 (B)의 토피가 얕은 구간에서 불가피하게 터널(T)을 건설하여야 하는 경우가 있다.

이렇게 토피가 얕은 지역은 지반 자체가 견고하지 못하므로 아치 작용을 할수 없다. 때문에 이러한 경우의 터널은 도2에서 도시된 바와 같이 개착식 터널 공법으로 터널을 건설할 수밖에 없었다.

종래 토피가 얕은 지역의 터널건설방법은 도2에서 도시된 바와 같이, 터널의 전단면 라이닝콘크리트(3)가 구축될 수 있는 충분한 크기로 지반(1)을 개착하되, 좌우측의 사면(2)이 붕괴되지 않게 안전한 기울기를 갖도록 큰 범위로 개착작업을 실시한 후, 라이닝 콘크리트(3)를 형성하기 위한 거푸집 및 지지대 등을 설치하고, 이 거푸집상에 콘크리트를 타설하여 라이닝 콘크리트(3)를 형성하고, 라이닝 콘크리트(3)가 경화된 후에 지지대 및 거푸집을 해체한 후, 라이닝 콘크리트(3)의 상부에 다시 토사(4)를 되메우기하는 방법으로 공사를 수행하여 왔다.

이와 같은 종래의 터널건설공법은 토피가 얕은 지형조건을 갖는 터널의 입출구나 계곡부에 터널을 구축하기 위해서 라이닝 콘크리트를 형성하기 위한 거푸집을 제작하여 설치하고, 거푸집을 견고히 지지시키기 위하여 많은 지지대를 설치함으로써, 거푸집의 설치 및 해체 작업에 많은 경제적 시간적 손실이 뒤따르게 된다는 문제점이 있었다.

또한, 굴착부의 안정과 작업공간의 확보등 안전을 고려하여 대규모의 절토공사를 수반하기 때문에 자연 환경의 훼손 및 파괴가 대단위로 발생하게 되며, 이에 따라 자연상태로의 복원이 어렵고 비경제적인 문제점이 있었다.

이에 따라, 본 발명은 종래의 터널 건설공법에서 나타나는 제 문제점을 해결하고자 안출한 것이다.

따라서, 본 발명의 목적은 라이닝콘크리트를 구축하기 위한 거푸집과 거푸집을 지지시켜 주는 지지대를 설치하지 않고 파형강판을 이용함으로써 공사기간을 단축하여 주고 공사비용을 절감하여 주며, 토류벽의 설치를 통해 소규모의 굴토공사 만으로도 작업공간을 충분히 확보함으로써 자연환경의 훼손 및 파괴를 최소화시키고 빠른 기간 안에 자연상태로 복원될 수 있게 하여 주는 파형강판을 이용한 터널건설공법을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 터널 건설지점의 양측에 토류벽을 설치하고 소규모로 개착한 후, 파형강판을 터널형상으로 조립 설치한 다음, 파형강판 조립체의 외부에 라이닝 콘크리트를 타설하거나, 파형강판 조립체의 내부에 숏크리트를 쏘아 붙여 굴진된 암반터널과 같은 조건을 만들어 주고 한번 제작된 터널폼으로 일관성 있게 연속된 터널을 건설할 수 있도록 한 기술구성을 제공한다.

도1은 터널이 설치되는 구간의 지형조건을 나타내는 도면

도2는 종래의 개착식 공법에 의해 건설된 터널의 단면도

도3a 내지 도3d는 본 발명에 따른 제1시공예를 단계적으로 보여주는 도면

도4a 내지 도4e는 본 발명에 따른 제2시공예를 단계적으로 보여주는 도면

도5a 내지 도5f는 본 발명에 따른 제3시공예를 단계적으로 보여주는 도면

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

A:입출구 B:계곡부 1:지반

2:사면 3:라이닝 콘크리트 4:토사

11:전체굴착부 12:외부 라이닝콘크리트 13:받침대

21:전체 굴착부 22:숏크리트부 23:내부 라이닝콘크리트

24:받침대 31:상부 반단면 굴착부 32:숏크리트부

33:하부 반단면 굴착부 34:내부 라이닝콘크리트 35:브래킷

36:H강재 p:파형강판 h:H파일

r:철근 w:와이어메쉬

본 발명에 의한 파형강판을 이용한 터널건설공법은, 터널을 건설하고자 하는 지점의 토사를 설계되어진 전체 단면까지 굴착하되 최소한의 규모만 굴착할 수 있도록 굴착되는 부분의 양측지점에 H파일을 이용한 토류벽을 수직하게 설치하면서 굴착하는 작업을 통해 전체 단면 굴착공사를 완료한 다음, 그 전체 굴착부의 바닥면에 터널 길이방향의 좌우로 대칭되게 받침대를 설치한 후, 파형의 단면으로 형성되면서 호형상으로 굴곡되는 파형강판들의 하단부를 상기 받침대들의 상부에 지지시켜 가면서 파형강판을 서로 지그재그 형식으로 배치하여 접합하는 작업을 통해 터널의 전체단면 형상으로 된 파형강판 조립체를 전체 굴착부에 설치한 다음, 상기 파형강판 조립체의 외측에 철근을 배치하고 콘크리트를 타설하는 외부 라이닝콘크리트 공사를 시행한 후, 양생이 완료된 상기 외부 라이닝콘크리트의 외측에 토사를 되메우기하여서 이루어짐을 기술구성상의 일 특징으로 한다.본 발명에 의한 파형강판을 이용한 터널건설공법은 다른 특징으로서, 터널을 건설하고자 하는 지점의 토사를 설계되어진 전체 단면까지 굴착하되 최소한의 규모만 굴착할 수 있도록 굴착되는 부분의 양측지점에 H파일을 이용한 토류벽을 수직하게 설치하면서 굴착하는 작업을 통해 전체 단면 굴착공사를 완료한 다음, 그 전체 굴착부의 바닥면에 터널 길이방향의 좌우로 대칭되게 받침대를 설치한 후, 파형의 단면으로 형성되면서 호형상으로 굴곡되는 파형강판들의 하단부를 상기 받침대들의 상부에 지지시켜 가면서 파형강판을 서로 지그재그 형식으로 배치하여 접합하는 작업을 통해 터널의 전체단면 형상으로 된 파형강판 조립체를 전체 굴착부에 설치한 다음, 상기 파형강판 조립체의 내측에 와이어메쉬를 걸어서 배치하고 숏크리트를 타설한 후, 파형강판 조립체의 외부에 토사를 되메우기한 다음, 숏크리트부의 내측면에 내부 라이닝콘크리트 공사를 시행하여서 이루어지는 기술적 구성을 갖는다.본 발명의 파형강판을 이용한 터널건설공법은 또 다른 특징으로서, 터널을 건설하고자 하는 지점의 토사를 설계되어진 상부 반단면까지 굴착하되 최소한의 규모만 굴착할 수 있도록 굴착되는 부분의 양측지점에 H파일을 이용한 토류벽을 수직하게 설치하면서 굴착하는 작업을 통해 상부 반단면 굴착공사를 완료한 다음, 상기 토류벽의 H파일들에 굴착부의 내측으로 돌출되는 브래킷들을 나란하게 설치하고 그 브래킷에 강재를 거치시켜 고정한 후, 파형의 단면으로 형성되면서 호형상으로 굴곡되는 파형강판들의 하단부를 상기 강재의 상부에 지지시켜 가면서 터널의 상부 반단면 형상으로 된 파형강판 조립체를 상부 반단면 굴착부에 설치한 다음, 상기 파형강판 조립체의 내측에 숏크리트를 타설하고, 상기 파형강판 조립체의 외부에 토사를 되메우기한 다음, 터널 건설지점의 나머지 하부 반단면을 마저 굴착하고, 하부 반단면 굴착부를 숏크리트로 시공한 다음, 상기 과정을 거친 전체단면 숏크리트부의 내측면에 내부 라이닝콘크리트 공사를 시행하여서 이루어지는 기술적 구성을 갖는다.

이하, 본 발명의 기술구성을 첨부도면들에 도시되는 본 발명의 시공예들을 통하여 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.도3a 내지 도3d는 터널건설 예정지점의 지반에 본 발명의 공법이 적용된 제1시공예를 단계적으로 보여주고 있다.

이 제1시공예는 터널을 건설하고자 하는 지점의 토사를 설계되어진 전체 단면까지 굴착하고, 그 전체 굴착부(11)에 파형의 단면으로 형성되면서 호형상으로 굴곡되는 파형강판(p)들을 터널의 전체단면 형상으로 조립 설치한 후에, 파형강판 조립체의 외측에 외부 라이닝콘크리트(12) 공사를 시행한 다음, 외부 라이닝콘크리트(12)의 외측에 토사를 되메우기하는 작업을 통해 이루어짐을 특징으로 한다.

도4a 내지 도4e는 터널건설 예정지점의 지반에 본 발명의 공법이 적용된 제2시공예를 단계적으로 보여주고 있다.

이 제2시공예는 터널을 건설하고자 하는 지점의 토사를 설계되어진 전체 단면까지 굴착하고, 그 전체 굴착부(21)에 파형의 단면으로 형성되면서 호형상으로 굴곡되는 파형강판(p)들을 터널의 전체 단면형상으로 조립 설치한 후에, 파형강판 조립체의 내측에 숏크리트를 타설하고, 파형강판 조립체의 외부에 토사를 되메우기한 다음, 숏크리트부(22)의 내측면에 내부 라이닝콘크리트(23) 공사를 시행하여서 이루어짐을 특징으로 하고 있다.

도5a 내지 도5f는 터널건설 예정지점의 지반에 본 발명의 공법이 적용된 제3시공예를 단계적으로 보여주고 있다.

이 제3시공예는 터널을 건설하고자 하는 지점의 토사를 설계되어진 상부 반단면까지 굴착하고, 상부 반단면 굴착부(31)에 파형의 단면으로 형성되면서 호형상으로 굴곡되는 파형강판(p)들을 터널의 상부 반단면 형상으로 조립 설치한 후에, 파형강판 조립체의 내측에 숏크리트를 타설하고, 파형강판 조립체의 외부에 토사를되메우기 한 다음, 터널 건설지점의 나머지 하부 반단면을 마저 굴착하고, 하부 반단면 굴착부를 숏크리트로 시공한 다음, 상기 과정을 거친 전체단면 숏크리트부의 내측면에 내부 라이닝콘크리트 공사를 시행하여서 이루어짐을 특징으로 한다.

상기와 같은 제1, 2, 3시공예를 실시함에 있어서 터널 건설지점을 굴착할 때 최소한의 규모만 굴착할 수 있도록 도3a, 도4a 및 도5a의 도시와 같이, 굴착되는 부분의 양측지점에 H파일(h)을 이용한 토류벽을 수직하게 설치하고 직각으로 굴착하는 것이 바람직하다.

본 발명은 이와 같이 최소한의 공간만 확보하여도 터널공사를 진행하는데 아무런 문제가 없으며, 상기와 같이 토류벽을 형성하면서 토사층을 직각으로 개착하는 것은 토사의 굴착량 및 굴착부의 폭을 줄여서 자연 환경파괴를 최소화하고 빠른 원상복구가 이루어지도록 하기 위함이다.

한편, 상기 제1시공예 및 제2시공예에서 전체 단면을 굴착한 다음에는, 도3b 및 도4b의 도시와 같이, 전체 굴착부(11)(21)의 바닥면에 터널 길이방향의 좌우로 대칭되게 받침대(13)(24)를 설치하고, 그 받침대(13)(24)들의 위에 파형강판(p)의 일단을 고정하여 지지시킨 후 파형강판(p)들을 설계되어진 터널형상으로 조립한다. 이때, 개착된 바닥면의 지반이 부실한 경우에는 콘크리트를 전체 굴착부(11)(21)의바닥면에 타설하여 보강한 후, 상기 받침대(13)(24)를 설치하는 것도 좋다.

상기 제3시공예에서는 도5b의 도시와 같이, 상부 반단면을 굴착한 다음 상기 토류벽의 H파일(h)들에 굴착부의 내측으로 돌출되는 브래킷(35)들을 나란하게 설치하고, 브래킷(35)위에 H강재(36)를 거치시켜 고정한 후, 그 H강재(36)의 상부에 파형강판(p)의 하단부를 지지시켜 가면서 터널의 상부 반단면 형상으로 조립 설치한다.

상기 제1, 2, 3시공예에서 상기 파형강판 조립체를 이루기 위한 파형강판(p)들의 조립은, 도3b, 도4b 및 도5b에 도시된 바와 같이, 파형강판(p)들을 서로 지그재그 형식으로 배치하여 접합하는 것이 파형강판 조립체의 구조적 강도를 높이는데 유리하다.

상기 제1시공예에서, 파형강판 조립체의 외측면에 형성하는 외부 라이닝콘크리트(12)는 도3c의 도시와 같이 파형강판(p)의 외측면에 철근(r)을 배치한 다음, 콘크리트를 타설하여 형성한다.

제2, 3시공예에서 파형강판 조립체의 내측면에 형성하는 숏크리트부(22)(32)는 도4c 및 도5c의 도시와 같이 숏크리트가 잘 부착되도록 파형강판(p)의 내측면에 와이어메쉬(w)를 걸어서 배치한 다음, 숏크리트를 타설하여 형성한다. 여기서, 제3시공예의 숏크리트부(32)는 상부 반단면에 설치된 파형강판 조립체에만 형성하여도 무방하나, 하부 반단면까지 연장하여서 형성하는 것이 구조적인 측면에서 유리하다.

본 발명은 상술한 제1, 2, 3시공예에서와 같이 파형강판을 이용해 터널형상의 파형강판 조립체를 설치하고 나서, 이 파형강판 조립체를 이후 실시되는 라이닝콘크리트 공사시 거푸집대용으로 이용하는 한편, 제2, 3시공예에서와 같이 파형강판 조립체의 내측면에 숏크리트부를 형성하여 암반 굴착후 타설되는 숏크리트 면과 동일한 현장조건을 제공하여 줌으로써, 터널 라이닝콘크리트를 한번 제작된 터널 폼으로 연속 시공할 수 있다.

이상과 같이 구성되는 본 발명에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.

파형강판을 이용해 터널형상의 조립체를 형성하여 거푸집 대용으로 이용하거나 암반 터널과 동일한 조건을 만들어 줌으로써, 공사기간이 대폭적으로 단축됨은 물론이고 공사의 품질이 향상되며, 시공성·경제성·안정성을 크게 도모하여 준다.

라이닝 콘트리트를 구축하기 위한 별도의 거푸집 및 지지대가 필요없게 되므로 공사비용이 크게 절약된다.

절토하는 면적이 종래 공법에 비해 크게 줄어들게 됨으로써, 자연환경의 훼손 및 파괴를 최소화할 수 있는 동시에 자연상태로 빨리 복원된다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 토피가 얕은 지역의 터널을 시공하는데 있어서, 시공기간을 단축시키고, 시공성·경제성 및 공사품질을 제고시키는 한편, 자연 훼손 및 파괴를 최소화할 수 있으며, 자연상태로 빨리 복원되게 하여 주는 매우 유용한 발명이다.

Claims (4)

1. 터널을 건설하고자 하는 지점의 토사를 설계되어진 전체 단면까지 굴착하되 최소한의 규모만 굴착할 수 있도록 굴착되는 부분의 양측지점에 H파일을 이용한 토류벽을 수직하게 설치하면서 굴착하는 작업을 통해 전체 단면 굴착공사를 완료한 다음, 그 전체 굴착부의 바닥면에 터널 길이방향의 좌우로 대칭되게 받침대를 설치한 후, 파형의 단면으로 형성되면서 호형상으로 굴곡되는 파형강판들의 하단부를 상기 받침대들의 상부에 지지시켜 가면서 파형강판을 서로 지그재그 형식으로 배치하여 접합하는 작업을 통해 터널의 전체단면 형상으로 된 파형강판 조립체를 전체 굴착부에 설치한 다음, 상기 파형강판 조립체의 외측에 철근을 배치하고 콘크리트를 타설하는 외부 라이닝콘크리트 공사를 시행한 후, 양생이 완료된 상기 외부 라이닝콘크리트의 외측에 토사를 되메우기하여서 이루어짐을 특징으로 하는 파형강판을 이용한 터널건설공법.
2. 터널을 건설하고자 하는 지점의 토사를 설계되어진 전체 단면까지 굴착하되 최소한의 규모만 굴착할 수 있도록 굴착되는 부분의 양측지점에 H파일을 이용한 토류벽을 수직하게 설치하면서 굴착하는 작업을 통해 전체 단면 굴착공사를 완료한 다음, 그 전체 굴착부의 바닥면에 터널 길이방향의 좌우로 대칭되게 받침대를 설치한 후, 파형의 단면으로 형성되면서 호형상으로 굴곡되는 파형강판들의 하단부를 상기 받침대들의 상부에 지지시켜 가면서 파형강판을 서로 지그재그 형식으로 배치하여 접합하는 작업을 통해 터널의 전체단면 형상으로 된 파형강판 조립체를 전체 굴착부에 설치한 다음, 상기 파형강판 조립체의 내측에 와이어메쉬를 걸어서 배치하고 숏크리트를 타설한 후, 파형강판 조립체의 외부에 토사를 되메우기한 다음, 숏크리트부의 내측면에 내부 라이닝콘크리트 공사를 시행하여서 이루어짐을 특징으로 하는 파형강판을 이용한 터널건설공법.
3. 터널을 건설하고자 하는 지점의 토사를 설계되어진 상부 반단면까지 굴착하되 최소한의 규모만 굴착할 수 있도록 굴착되는 부분의 양측지점에 H파일을 이용한 토류벽을 수직하게 설치하면서 굴착하는 작업을 통해 상부 반단면 굴착공사를 완료한 다음, 상기 토류벽의 H파일들에 굴착부의 내측으로 돌출되는 브래킷들을 나란하게 설치하고 그 브래킷에 강재를 거치시켜 고정한 후, 파형의 단면으로 형성되면서 호형상으로 굴곡되는 파형강판들의 하단부를 상기 강재의 상부에 지지시켜 가면서 터널의 상부 반단면 형상으로 된 파형강판 조립체를 상부 반단면 굴착부에 설치한 다음, 상기 파형강판 조립체의 내측에 숏크리트를 타설하고, 상기 파형강판 조립체의 외부에 토사를 되메우기한 다음, 터널 건설지점의 나머지 하부 반단면을 마저 굴착하고, 하부 반단면 굴착부를 숏크리트로 시공한 다음, 상기 과정을 거친 전체단면 숏크리트부의 내측면에 내부 라이닝콘크리트 공사를 시행하여서 이루어짐을 특징으로 하는 파형강판을 이용한 터널건설공법.
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